蛋白被酶切為長(zhǎng)短不一的肽段后，經(jīng)過(guò)ESI等離子源電離，成為帶有若干正電荷的母離子（precursor），然后通過(guò)離子通道進(jìn)入質(zhì)譜完成MSn譜圖掃描。根據(jù)不同的分析需求，可以選擇不同的母離子碎裂方法，如 CID/HCD、ETD等。每種碎裂方法產(chǎn)生不完全相同的碎片離子，借助這些離子的互補(bǔ)信息可實(shí)現(xiàn)全面的蛋白序列表征。
01 CID/HCD
碰撞誘導(dǎo)解離( Collision Induced Dissociation, CID ) ，也稱為碰撞活化解離(Collision Activation Dissociation, CAD ) ，基本原理是母離子進(jìn)入質(zhì)譜后，在電場(chǎng)中加速以增加離子動(dòng)能，然后與中性分子（通常是氦、氮或氬）碰撞。在碰撞過(guò)程中，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，導(dǎo)致肽骨架的化學(xué)鍵斷裂，形成碎片離子。高能碰撞解離 (High-Energy Collision Dissociation，HCD)與CID原理相同，一般在Orbitrap類儀器中使用。CID/HCD主要產(chǎn)生靠近肽段N端的b離子和靠近C端的y離子，是自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)中最主流的碎裂方式（圖1）。
圖1 CID/HCD碎片離子示意圖
02 ECD
電子捕獲解離（Electron capture dissociation，ECD）與傳統(tǒng)的串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)互補(bǔ)，主要用于FT-ICR質(zhì)譜。二硫鍵通常對(duì)振動(dòng)解離穩(wěn)定，但在 ECD 中優(yōu)先斷裂，快速且具有特異性，且不穩(wěn)定的翻譯后修飾和非共價(jià)鍵在主鏈鍵解離后也能保持完整。結(jié)合ECD，可以實(shí)現(xiàn)更高的序列覆蓋，在一定能量下，也可以區(qū)分異亮氨酸和亮氨酸。ECD 的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括DNA預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)序列的Top-down驗(yàn)證、從頭測(cè)序、二硫鍵分析以及翻譯后修飾分析。 圖2 ECD碎片離子示意圖
03 ETD/EAD
電子轉(zhuǎn)移解離（Electron Transfer Dissociation，ETD）通過(guò)將陰離子基團(tuán)的電子轉(zhuǎn)移到多肽陽(yáng)離子上來(lái)誘導(dǎo)肽段碎裂。由于ETD會(huì)誘導(dǎo)肽/蛋白質(zhì)主鏈上酰胺鍵的斷裂，因此會(huì)產(chǎn)生互補(bǔ)的c離子和z離子（圖3）。由于ETD和CID/HCD產(chǎn)生的序列信息是互補(bǔ)的，因此通常會(huì)結(jié)合這兩種方法，以提高序列覆蓋率和翻譯后修飾的鑒定（如糖基化）。

電子活化解離（Electron Activation Dissociation，EAD）是基于自由電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)肽段碎裂的，調(diào)節(jié)EAD電子能量可適用從單電荷小分子到多電荷大分子的檢測(cè)。低能量EAD可用于top down表征完整蛋白的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)屬性。中能量EAD可以保留PTMs的關(guān)鍵離子。高能EAD可用于小分子（如內(nèi)源性代謝物或藥物代謝產(chǎn)物）的特異性鑒定。 圖3 ETD/EAD碎片離子示意圖

04 UVPD 紫外光誘導(dǎo)解離 (Ultraviolet Photodissociation, UVPD)是Thermo Scientific Tribrid質(zhì)譜儀所獨(dú)有的一種多肽裂解方法，與CID和HCD不同，母離子到達(dá)離子阱后，以激光脈沖的紫外線進(jìn)行照射，光子直接被目標(biāo)分子吸收，達(dá)到足夠的激發(fā)態(tài)時(shí)，多肽即被裂解產(chǎn)生碎片離子。UVPD產(chǎn)生的碎片離子更加豐度，可用于完整蛋白的表征。 圖4 UVPD碎片離子示意圖（JACS Au 2023, 3, 8, 2123–2130）
Tips
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